ES2218411T3 - Disposicion de casco y helice. - Google Patents
Disposicion de casco y helice.Info
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Abstract
Una disposición de casco y hélice para una embarcación de superficie (1), provista de al menos una hélice (3) que, a elevadas velocidades de la embarcación, se sitúa hendiendo la superficie y se ha dispuesto de tal forma que tan solo los álabes o palas (11) de la hélice, o ciertas partes de las mismas, quedan sumergidas en el agua a velocidades elevadas de la embarcación (1), caracterizada por que el casco (2) está dotado de al menos una parte sobresaliente (4) diseñada con forma hidrodinámica, la cual se extiende esencialmente según la dirección longitudinal del casco (2), por que la parte sobresaliente (4), por lo que respecta a su forma exterior, tiene, en su extremo de popa o de aguas abajo (6), un borde de extremo (15) que, al menos en parte, se extiende esencialmente en sentido transversal a la dirección longitudinal de la parte sobresaliente (4), por que la hélice (3) está situada inmediatamente a popa o por detrás del borde de extremo (15), por que una parte de la hélice se extiende, según la dirección radial, más allá de las superficies delimitadoras de la parte sobresaliente (4), y por que cada parte sobresaliente (4) se ha dispuesto de tal forma que, a velocidades elevadas de la embarcación (1), se forma un área de apoyo o sustentación (8) de la embarcación, la cual consiste esencialmente en una porción de la superficie de la parte sobresaliente (4) que está situada inmediatamente por delante del borde de extremo (15) y justo en el fondo de la parte sobresaliente (4).
Description
Disposición de casco y hélice.
La presente invención se refiere a una
disposición de casco y hélice de acuerdo con la parte
precaracterizadora o preámbulo de la Reivindicación de Patente
1.
Las hélices de hendimiento de la superficie, es
decir, las hélices cuyos álabes o palas, cuando la embarcación se
está desplazando a velocidades elevadas, se encuentran situadas
alternativamente en una posición por encima del agua y en una
posición bajo el agua a medida que gira la hélice, son bien
conocidas en el campo de las embarcaciones de superficie, y, en
particular, en las embarcaciones rápidas de motor. Las hélices de
hendimiento de la superficie hacen posible, para un casco dado y
una determinada potencia en el eje, impulsar una embarcación a
velocidades considerablemente más altas que las hélices
completamente sumergidas. Este comportamiento mejorado en el caso de
las hélices de hendimiento de la superficie se debe al hecho de que
la resistencia asociada a la conversión de la potencia rotativa de
la fuente de potencia en una fuerza propulsora para el casco es
considerablemente más pequeña que en el caso de las hélices
convencionales completamente sumergidas.
Con el fin de reducir la resistencia
hidrodinámica, es deseable que se encuentre en el agua el menor
número de partes posible mientras la embarcación se está
desplazando. Por lo que se refiere a la disposición propulsora de
la embarcación, este deseo se satisface en gran medida si las
partes que no contribuyen a la transmisión directa de la potencia al
agua se encuentran situadas fuera del flujo del agua. En lo que
respecta a las hélices, esto se consigue si sólo las palas de las
hélices entran en contacto con el agua y el cubo o rodete de la
hélice se dispone situado por encima de la superficie del agua.
La Patente norteamericana Nº
US-3.793.980 describe un sistema provisto de
hélices de hendimiento de la superficie, por medio de las cuales, de
una forma controlada, el cubo de la hélice se encuentra situado, a
velocidades elevadas, fuera del flujo de agua, y tan solo entran en
contacto con el agua las palas de las hélices.
Cuando la embarcación planea, el casco actúa
sobre el agua con una fuerza que presiona el agua hacia abajo, de
manera que el casco es soportado por el agua en virtud de una
fuerza opuesta, de tal modo que la superficie de contacto entre el
casco y el agua es menor que cuando el barco se desplaza a
velocidad de crucero. A velocidades muy altas, la superficie de
contacto es relativamente muy pequeña, y se encuentra situada más
hacia la popa del casco. Si el casco se ha diseñado de tal forma
que presente un cierto número de zonas de contacto cuando planea, al
menos una de ellas se sitúa más hacia la popa del casco. Si el
movimiento de la embarcación se ve sometido a discontinuidades,
causadas, por ejemplo, por la marcha del barco por encima de una
ola existente en la superficie del agua, con el consiguiente
movimiento de rotación según la dirección de cabeceo, el centro de
rotación se encuentra situado a menudo cerca de la zona de contacto
de popa, entre el casco y el agua. Este movimiento da lugar a que
una hélice de hendimiento de la superficie, que está situada a una
cierta distancia, según la dirección longitudinal, de la zona de
contacto de popa, se desplace esencialmente hacia arriba o hacia
abajo. Esto conlleva, a su vez, que, durante el movimiento, el
tamaño de la parte de la hélice que está situada bajo el agua
cambie. En ocasiones, la hélice puede verse alzada completamente
fuera del agua. El movimiento vertical de la hélice con respecto a
la superficie del agua conduce a la interrupción de la propulsión
del barco y a una pobre utilización de los recursos de propulsión
de la embarcación.
Cuando un barco dotado de una disposición de
hélices de hendimiento de la superficie convencional se desplaza a
una velocidad relativamente baja, justo por encima del intervalo de
velocidades de transición entre la propulsión de crucero y la
propulsión de planeo, el nivel de la superficie del agua con
respecto al casco se eleva en una posición situada inmediatamente
hacia la popa del casco. Esto significa que una hélice situada en
esta zona queda rodeada de agua a esta velocidad y pierde su modo
de funcionamiento con hendimiento de la superficie. A la velocidad
de crucero de la embarcación, la hélice pierde también su modo de
funcionamiento con hendimiento de la superficie.
En las embarcaciones de motor convencionales, la
hélice, o cada hélice, se encuentra situada a una cierta distancia
del punto de emergencia o salida del árbol de accionamiento, es
decir, del lugar en que el árbol de accionamiento se extiende desde
el interior del casco al exterior del mismo. Con el fin de fijar o
afianzar la hélice en la dirección radial, la disposición de
accionamiento se dota por lo habitual, en consecuencia, en una
posición inmediatamente adyacente a la hélice, de un cojinete que
se asegura a una estructura, por ejemplo, con la forma de una
ménsula de cojinete, la cual se sujeta a su vez al casco. La
disposición de accionamiento ha de ser montada o tener apoyo, por
consiguiente, tanto en el punto de emergencia del árbol de
accionamiento como en las proximidades de la hélice. Esta
disposición convencional provista de un cojinete para la hélice y
de estructuras de sujeción asociadas requiere el uso de una
pluralidad de partes constructivas y, por su contacto con el flujo
de agua, constituye una fuente de resistencia durante la
propulsión.
Un objeto de la invención es proporcionar una
disposición de casco y hélice para una embarcación de superficie,
que reduzca las discontinuidades en la propulsión del barco.
Otro objeto de la invención es proporcionar una
disposición de casco y hélice para una embarcación de superficie,
que reduzca la resistencia durante la propulsión del barco.
Un objeto adicional de la invención consiste en
proporcionar una disposición de casco y hélice para una embarcación
de superficie, que logre una propulsión eficiente en un intervalo
de velocidades mayor que el que se da en disposiciones de casco y
hélice convencionales.
Un objeto adicional de la invención es
proporcionar una disposición de casco y hélice para una embarcación
de superficie, la cual simplifique el montaje de la disposición de
accionamiento para cada hélice.
El objeto de la invención se logra por medio de
una disposición de casco y hélice con las características indicadas
en la Reivindicación de Patente 1.
La posición de cada hélice, inmediatamente por
detrás o a popa de un borde de extremo situado en el extremo de
popa de una parte que sobresale del casco, implica que la hélice
queda situada cerca de una superficie que, a velocidades elevadas,
constituye un área o superficie de apoyo, lo cual significa, a su
vez, que los movimientos de rotación según la dirección de cabeceo
del barco, causados, por ejemplo, por la toma de olas de la
embarcación durante su marcha, dará lugar tan solo a unos pequeños
movimientos verticales de la hélice. Esto lleva consigo, a su vez,
que los movimientos de las palas de la hélice con respecto a la
superficie del agua sean pequeños, y que cualquier interrupción de
la propulsión del barco sea, por tanto, pequeña.
La posición de cada hélice inmediatamente a popa
con respecto al borde de extremo respectivo existente en el extremo
de popa de la parte sobresaliente respectiva, implica también que,
esencialmente, tan solo los álabes o palas de la hélice entran en
contacto con el flujo de agua, incluso a velocidades relativamente
bajas, cuando la embarcación se encuentra justo por encima del
intervalo de velocidades de transición entre el modo de crucero y el
modo de planeo.
De acuerdo con una realización, la hélice se
encuentra, en virtud de su tamaño y colocación, hendiendo la
superficie a las velocidades de crucero, al menos a velocidades de
crucero relativamente elevadas.
De acuerdo con la invención, cada hélice está
dotada de un cubo o rodete que, en la unión entre una superficie
delimitadora de la popa y una superficie delimitadora del contorno
o periferia, está diseñado con un borde de cubo relativamente vivo
o afilado. Este borde de cubo hace posible una separación o salida
eficaz del flujo del agua desde la hélice.
El borde de extremo de cada parte sobresaliente
hace posible una separación efectiva del flujo de agua con respecto
a la parte sobresaliente.
En las inmediaciones de la hélice, la parte
sobresaliente presenta una sección transversal que, al menos en
parte, se ha conformado esencialmente con la forma de una porción o
sector de círculo, cuyo centro coincide esencialmente, según la
dirección radial, con el centro de la hélice. El radio de dicho
círculo es esencialmente el mismo que el radio de un círculo
imaginario que se genera, con la rotación de la hélice, por la
región en la que las palas de la hélice se unen con el cubo de la
hélice. El resultado de esto es que, de una forma controlada, la
superficie del agua que pasa en su flujo y que ha abandonado ya la
parte sobresaliente, se une o confluye esencialmente con el
contorno del cubo de la hélice.
De acuerdo con la invención, el punto de
emergencia del árbol de la hélice a través del cubo o rodete de la
hélice se encuentra situado inmediatamente adyacente al cubo de la
hélice, lo que simplifica el montaje de la hélice, ya que suprime
el requisito de que la disposición tenga un cojinete adicional con
una estructura de sujeción asociada en la parte exterior del
casco.
En los dibujos:
la Figura 1 muestra una vista en perspectiva
desde un lado y, en cierta medida, desde abajo, de una embarcación
de motor dotada de una disposición de casco y hélice de acuerdo con
la invención;
la Figura 2 muestra una vista en perspectiva
tomada oblicuamente de desde la popa y, en cierta medida, desde
abajo, de una embarcación de motor dotada de una disposición de
casco y hélice de acuerdo con la invención;
la Figura 3 muestra una vista en perspectiva
desde la popa y, en cierta medida, desde abajo, de una embarcación
de motor dotada de una disposición de casco y hélice de acuerdo con
la invención;
la Figura 4 ilustra una vista aumentada de la
parte de popa de una embarcación de motor que se muestra en la
Figura 1;
la Figura 5 muestra una sección transversal
tomada a lo largo de la línea V-V de la Figura 3,
de una disposición de casco y hélice de acuerdo con la invención,
y
la Figura 6 muestra una sección transversal
tomada a lo largo de la línea V-V de la Figura 3,
de una disposición de casco y hélice de acuerdo con la
invención.
La Figura 1 muestra una embarcación de motor 1
provista de un casco 2 y de dos hélices 3. Las dos hélices 3 son
del tipo de hendimiento de la superficie y de giro en sentidos
contrarios, y sus árboles de accionamiento se extienden
esencialmente hacia delante según la dirección longitudinal del
barco 1. El casco 2 está provisto de dos partes sobresalientes 4.
Cada parte sobresaliente 4 tiene un diseño hidrodinámico y se
extiende según la dirección longitudinal del casco 2. Cada parte
sobresaliente 4 tiene, en un extremo delantero o frontal 5 de la
misma, una forma que converge o confluye de una manera
hidrodinámica con la forma del casco 2. Cada extremo delantero 5 se
encuentra situado, según la dirección longitudinal, aproximadamente
en el centro del casco 2, y, según la dirección transversal, entre
el centro del casco 2 y su borde. Cada una de las partes
sobresalientes 4 se extiende hasta un extremo de popa 6, que está
situado por delante de una de las hélices 3 y muy próximo a la
misma. En su parte delantera o de proa, el casco 2 se ha conformado
con una panza o quilla 7, en virtud de la cual el casco 2 queda
situado a más profundidad que la mayor parte de las otras
partes.
A continuación se hará referencia a la Figura 2.
A velocidades elevadas, la embarcación 1 es sustentada por el agua
que fluye a su paso por áreas de apoyo relativamente pequeñas. A
este respecto, un área de apoyo significa una zona del casco 2 que
se encuentra en contacto directo con el agua que fluye a su paso
por ésta, y sobre la que actúan fuerzas hacen elevarse el casco 2.
A velocidades elevadas, se forman dos áreas de apoyo 8 de popa en el
barco 1, en esta realización proporcionada a modo de ejemplo, que
se indican por medio de áreas rayadas o sombreadas en la Figura 2,
y cada una de las cuales consiste en la porción de la superficie de
cada parte sobresaliente 4 que se extiende desde el extremo de popa
6 hacia delante, en una distancia relativamente corta. Se forma un
área de apoyo delantera en la panza o quilla 7.
Puede observarse en la Figura 3 que cada una de
las hélices 3 se ha diseñado con un cubo o rodete relativamente
grande 9, el cual se ha diseñado, a su vez, esencialmente con la
forma de una placa circular.
La Figura 4 muestra que el cubo 9 tiene en su
periferia una superficie 10 delimitadora del contorno, la cual
forma un cilindro y cuya longitud se correspondiente esencialmente
con el espesor de la placa que forma el cubo 9. Un cierto número de
álabes o palas 11 de la hélice, en este caso dieciséis, se
extienden en la dirección radial desde la superficie 10
delimitadora del contorno.
La Figura 5 muestra que el cubo 9 tiene una
superficie 12 delimitadora de aguas abajo o popa, la cual se
extiende esencialmente según la dirección radial y está orientada
esencialmente en ángulo recto con respecto a la superficie 10
delimitadora del contorno. En la unión entre la superficie 12
delimitadora de aguas abajo y la superficie 10 delimitadora del
contorno, se ha formado un borde de cubo 13 relativamente vivo o
afilado. Este borde de cubo 13 hace posible una separación efectiva
del flujo del agua desde la hélice 3.
La sección transversal de cada parte
sobresaliente 4 tiene, al menos en el extremo de popa 6,
esencialmente la forma de una porción o sector de círculo. Cerca
del extremo de popa 6, el radio de la sección transversal se
corresponde esencialmente con el radio exterior del cubo 9, y el
centro del círculo definido por la sección transversal coincide
esencialmente, según la dirección radial, con el centro de la
hélice. En el extremo de popa 6, cada parte sobresaliente 4 forma
una superficie de extremo 14 que es esencialmente paralela al disco
de la hélice. En la unión entre la superficie de extremo 14 y la
superficie exterior situada inmediatamente por delante de la
superficie de extremo 14, se forma un borde de extremo 15
relativamente afilado. Este borde de extremo 15 hace posible una
separación o salida eficaz del flujo de agua desde la parte
sobresaliente 4. La distancia entre el borde de extremo 15 y la
hélice 3 se minimiza, si se tiene en cuenta lo que es posible
alcanzar en la práctica. En cualquier caso, ésta es
considerablemente menor que la longitud de cada pala 11 de la
hélice.
La Figura 6 ilustra un efecto de la disposición
de propulsión de acuerdo con la invención. El flujo del agua se
ilustra por medio de las líneas situadas por debajo de la
embarcación 1. Como el radio de la sección transversal de la parte
sobresaliente 4 cerca del extremo de popa 6 se corresponde
esencialmente con el radio externo del cubo 9, y puesto que la
hélice 3 está situada inmediatamente por detrás o a popa del
extremo de popa 6, la superficie del flujo de agua discurre, a
velocidades elevadas, en la zona en que las palas 11 de la hélice
se encuentran con la superficie 10 delimitadora del contorno del
cubo 9.
Si se producen movimientos de cabeceo de la
embarcación 1 a velocidades elevadas, provocados, por ejemplo, por
la marcha del barco 1 a través de olas, la rotación se producirá
esencialmente alrededor de un eje horizontal orientado según la
dirección transversal y situado en las zonas de las superficies o
áreas de apoyo de popa 8. Como cada hélice 3 está situada
inmediatamente a popa o aguas abajo del área de apoyo de popa
respectiva 8, y, por tanto, cerca del centro de rotación, dichos
movimientos de rotación darán lugar tan sólo a pequeños movimientos
verticales de la hélice 3.
La Figura 5 muestra cómo una parte de la hélice 3
se encuentra situada en un rebaje 16 practicado en el casco 2. De
acuerdo con la invención, el punto de emergencia 18 del árbol de
accionamiento 17 a través del casco 2, está situado inmediatamente
adyacente al cubo 9 de la hélice, lo que simplifica el montaje de
la hélice 3, debido a que suprime el requisito de que la
disposición tenga un cojinete adicional con su estructura de
sujeción asociada por fuera del casco 2.
La ubicación de cada hélice 3 inmediatamente por
detrás de la parte sobresaliente respectiva 4 y su colocación
vertical dan lugar a que la hélice se encuentre hendiendo la
superficie incluso a al menos velocidades de crucero relativamente
elevadas de la embarcación 1. El hecho de que cada hélice 3 sea
relativamente grande contribuye también a esto.
La embarcación de motor 1 de la realización
descrita se ha dotado de dos hélices 3 situadas a una cierta
distancia una de otra según la dirección transversal del casco 2.
Éstas se han dispuesto de tal forma que, mientras la embarcación de
motor 1 se está desplazando, el ángulo del paso de las palas 11 de
la hélice puede ajustarse para cada hélice 3 de forma individual.
Como consecuencia, la conducción del barco 1 puede llevarse a cabo
sin necesidad de timón. La ausencia de timón reduce el número de
partes que están en contacto con el agua cuando el barco 1 se está
desplazando, y, de esta forma, reduce la resistencia ofrecida
durante la propulsión de la embarcación 1.
Las palas 11 de cada una de las hélices 3 se han
dispuesto, preferiblemente, de una forma tal, que el ángulo del
paso puede ser ajustado en el curso de la marcha, con el fin de
permitir que éste se adapte a la velocidad a la que se está
desplazando el barco, lo que significa, a su vez, una utilización
más eficaz de los recursos propulsores del barco 1.
Claims (6)
1. Una disposición de casco y hélice para una
embarcación de superficie (1), provista de al menos una hélice (3)
que, a elevadas velocidades de la embarcación, se sitúa hendiendo
la superficie y se ha dispuesto de tal forma que tan solo los
álabes o palas (11) de la hélice, o ciertas partes de las mismas,
quedan sumergidas en el agua a velocidades elevadas de la
embarcación (1), caracterizada por que el casco (2) está
dotado de al menos una parte sobresaliente (4) diseñada con forma
hidrodinámica, la cual se extiende esencialmente según la dirección
longitudinal del casco (2), por que la parte sobresaliente (4), por
lo que respecta a su forma exterior, tiene, en su extremo de popa o
de aguas abajo (6), un borde de extremo (15) que, al menos en parte,
se extiende esencialmente en sentido transversal a la dirección
longitudinal de la parte sobresaliente (4), por que la hélice (3)
está situada inmediatamente a popa o por detrás del borde de
extremo (15), por que una parte de la hélice se extiende, según la
dirección radial, más allá de las superficies delimitadoras de la
parte sobresaliente (4), y por que cada parte sobresaliente (4) se
ha dispuesto de tal forma que, a velocidades elevadas de la
embarcación (1), se forma un área de apoyo o sustentación (8) de la
embarcación, la cual consiste esencialmente en una porción de la
superficie de la parte sobresaliente (4) que está situada
inmediatamente por delante del borde de extremo (15) y justo en el
fondo de la parte sobresaliente (4).
2. Una disposición de casco y hélice de acuerdo
con la reivindicación 1, caracterizada porque cada parte
sobresaliente (4) tiene, en las inmediaciones de la hélice
respectiva (3), una sección transversal que, al menos en parte,
tiene esencialmente la forma de una porción o sector de círculo, por
que el centro de este círculo, cerca de la hélice (3), coincide
esencialmente en la dirección radial con el centro de la hélice, y
por que el radio de este círculo cerca de la hélice (3) es más
pequeño que el radio del contorno de la hélice.
3. Una disposición de casco y hélice de acuerdo
con la reivindicación 2, caracterizada porque el radio del
círculo que se forma al cortar transversalmente la parte
sobresaliente (4) en las proximidades de la hélice (3) es
esencialmente el mismo que el radio de un círculo imaginario que se
genera, con la rotación de la hélice (3), por la zona en la que las
palas (11) de la hélice se unen al cubo o rodete (9) de la
hélice.
4. Una disposición de casco y hélice de acuerdo
con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes,
caracterizada porque cada hélice (3) está diseñada con un
cubo (9) relativamente grande en relación con las palas (11) de la
hélice, por que el cubo (9) tiene, en su periferia o contorno, una
superficie (10) delimitadora del contorno que tiene esencialmente
la forma de un cilindro, por que el cubo (9) tiene una superficie
(12) delimitadora de aguas abajo o popa, y por que la unión entre
la superficie (12) delimitadora de aguas abajo y la superficie (10)
delimitadora del contorno está diseñada como un borde (13) de cubo
relativamente vivo o afilado.
5. Una disposición de casco y hélice de acuerdo
con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes,
caracterizada porque la embarcación (1) está dotada de dos
hélices (3), situadas a una cierta distancia una de otra según la
dirección transversal del casco (2), y por que éstas se han
dispuesto de tal manera que, cuando la embarcación (1) se está
desplazando, el ángulo del paso de las palas (11) de las hélices
puede ajustarse de forma individual para cada hélice (3).
6. Una disposición de casco y hélice de acuerdo
con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes,
caracterizada porque el punto de emergencia o salida (18)
del árbol de accionamiento (17) a través del casco está situado
inmediatamente adyacente al cubo (9) de la hélice.
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